专利名称：基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法
技术领域：
本发明属于计算机图形测量技术领域，涉及不规则零件的形状差异检测，具体的说是一种基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法，可以用于两组具有不同特性零件样本的组间外形缺陷筛查或甄别等场合。
背景技术：
随着科技的不断发展和社会需求的提高，实际生产生活中对机械加工等行业的物体零件的精度要求越来越高，同时除了对简单的几何尺寸的高精度要求外，对形状的准确性要求也日益迫切。这就要求在生产过程中，除了检测零件的常规几何尺寸，还需要对零件的形状进行差异检测，从而对加工质量或者加工工艺的水平做出衡量和判断。但是当物体形状比较复杂或者不规则时，无法简单地用几何参量，比如长、宽、高来描述，复杂物体的形状差异也无法用简单的几何测量来表征和描述。现有的三维零件形状检测方法，主要包括两大类(1)光学测量法，比如云纹法， 投影栅线法，全息干涉法等，其中效果比较好的是张政等提出的基于光的干涉和衍射理论的形状检测方法(力学学报，第27卷第3期，344-350页)。这类方法的主要问题是，需要精密的光学设备，造价高昂，并且只能检测简单形状，比如平面。(2)网格形状特征检测法，比如韦虎等提出的曲面角点检测方法计算机辅助设计与图形学学报，2009年第11 期，1M5-1550页，肖晓明等提出的网格直线检测法计算机测量与控制，2007年10期， 1292-1294页等。此类方法只能针对明显几何特征，比如角点、直线、孤立点等进行检测，局限性大，无法检测更复杂形状以及形状差异。此外，在采用包括上述方法进行三维零件检测的过程中，往往无法预先知晓形状差异的大小或尺度，因而常常无法选择恰当尺度的检测方法。目前通常依据主观经验或者依测量工具的精度来确定尺度，无法全面准确地刻画形状差异，不具备多尺度特性，可能存在遗漏某个尺度上的差异。综上所述，已有的方法无法检测复杂的不规则三维零件的形状差异，大多尺度单一，无法定量、定位和定尺度地描述出复杂的不规则形状差异。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法，以克服常见网格形状差异检测方法的仅能检测特定简单特征的局限性和检测局限于单一尺度的缺点，实现对两组不规则或复杂外形的零件样本形状差异进行定量、定位和定尺度地精确检测。为实现上述目的，本发明主要包括以下步骤(1)将具有不同属性的零件样本分成两组，分别称为对照组C和研究组S,两组样本的数目相等或接近；(2)设定三维空间直角坐标系，并按照几何特征将所有的零件在同一坐标系内配准；(3)用三维摄像机扫描配准后的每一个零件样本，得到零件的三维图像；(4)采用三角形网格逐级剖分法，建立每个零件的三角形网格，步骤如下(4a)选择初始级三角形网格，并定义为第0级三角形网格，记为；(4b)对初始三角网格进行L级剖分，设定剖分总级数L，L> 1，对第j-1级网格进行剖分，L，并将该剖分称为第j级剖分，定义该级剖分中新增加的网格顶点为Pj ；(4c)将新增顶点Pj与已有顶点合并，得到第j级三角形网格(^_，则有
权利要求
1. 一种基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法，包括如下步骤(1)将具有不同属性的零件样本分成两组，分别称为对照组C和研究组S,两组样本的数目相等或接近；(2)设定三维空间直角坐标系，并按照几何特征将所有的零件在同一坐标系内配准；(3)用三维摄像机扫描配准后的每一个零件样本，得到零件的三维图像；(4)采用三角形网格逐级剖分法，建立每个零件的三角形网格，步骤如下 (4a)选择初始级三角形网格，并定义为第0级三角形网格，记为Gtl ；(4b)对初始三角网格进行L级剖分，设定剖分总级数L，L> 1，对第j-1级网格进行剖分，L，并将该剖分称为第j级剖分，定义该级剖分中新增加的网格顶点为Pj ； (4c)将新增顶点P」与已有顶点合并，得到第j级三角形网格(^_，则有 Gj = Gj^1 U Pj, 1 ^ j ^ L其中G^为最精细网格，为最粗糙网格，级别越高的网格越精细，j称为网格。的尺度；(5)获取每个零件样本的每个网格顶点的三维坐标(x，y，z)和每个顶点的测度值入；(6)设定球面小波变换的总级数H，1<H<L，针对每个顶点的测度值，从最精细尺度 L开始，在每个尺度k上，k = L，... , L-H+1，将对照组C和研究组S的三角网格进行H级十四点球面小波变换，得到每个顶点在k尺度上的测度值球面小波系数；(7)对各顶点上的球面小波系数进行双样本T-检验，初步筛选出差异网格顶点集合Jo :J0= Vk1)k=L-H+\其中Vk是对照组C和研究组S两组样本之间在k尺度上，具有显著差异的顶点子集， 并且Vk按照如下定义构造设定显著性水平阈值α，取0< α彡0.05，则两组样本的网格顶点在尺度k下的筛选结果为K =卜 I 啦(Φ:, Ω:) < α}，L-H+1 ^k^L 2)其中s是k尺度网格(ik内属于Pk的任一顶点，Φ丨=丨虼Uc=I,...,C j是对照组C内所有样本网格上的s顶点在k尺度上的小波系数构成的向量，Cn是对照组C内零件样本的总个数，Ω: =·{虼W = 1,... Aj是研究组S内所有样本网格上的S顶点在k尺度上的小波系数构成的向量，&是研究组S内零件样本的总个数，sig( ，·)表示对给定两向量进行双样本T-检验得到的显著性水平值；(8)对网格顶点集合Jtl进行二次筛选，得到差异顶点集合J；(9)针对差异顶点集合J内每个顶点P，分别计算对照组C和研究组S两组样本中该顶点的小波系数均值和标准差，构成表征形状差异的大小向量j = (Upc^ysX)，其中《是顶点P在对照组C中的小波系数的均值，是顶点P在对照组C中的小波系数的标准差，<是顶点P在对照组S中的小波系数的均值，σ}是顶点ρ在对照组S中的小波系数的标准差；(10)针对集合J内每个顶点P，计算对照组C内所有样本相应顶点的坐标平均值，构成表征形状差异的位置向量D= (Dx，Dy，Dz)，并且
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤( 所述的每个顶点的测度值λ，按下式计算
3.根据权利要求1所述的方法，其步骤(6)中所述的十四点球面小波变换，是按照如下步骤进行(6a)定义第j次小波变换为求解j尺度上P」内所有顶点测度值的小波系数的过程， L-H+l ^ j ^ L,并且定义与第j次小波变换相关的十四个j_l尺度网格Gp1上的顶点如下 假定P」内任一顶点为T，则在之中与T的相邻顶点共有6个，其中4个顶点属于Pj, 另外2个属于网格(V1,定义(^1上的2个顶点分别为A1和A2 ；在(V1中，以线段A1-A2为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除A1和A2两顶点之外的另两个顶点为B1和化；在(^1中，以线段A1-B1为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除A1, B1和A2三个顶点之外的另一个顶点为C1;在(^1中，以线段A2-B1为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除A2, B1和A1三个顶点之外的另一个顶点为C2 ；在(^1中，以线段A1-I为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除A1, B2和A2三个顶点之外的另一个顶点为C3 ；在(^1中，以线段A2-B2为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除A2, B2和A1三个顶点之外的另一个顶点为C4 ；在(^1中，以线段C1-A1为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除C1, A1和B1三个顶点之外的另一个顶点为D1;在(^1中，以线段C2_k2为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除C2，A2和B1三个顶点之外的另一个顶点为D2;在(^1中，以线段C1-B1为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除C1, B1和A1三个顶点之外的另一个顶点为E1;在(^1中，以线段Q-B1为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除C2，B1和A2三个顶点之外的另一个顶点为E2;在(^1中，以线段C3-I为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除C3，B2和A1三个顶点之外的另一个顶点为在(^1中，以线段C4-B2为公共边的两个三角形共包括4个顶点，定义除C4，B2和A2三个顶点之外的另一个顶点为(6b)按照如下规则，计算球面小波系数
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(8)所述的对网格顶点集合Jtl进行二次筛选， 是针对集合Jtl内的任意顶点P进行如下操作若Jtl内与该顶点P相连通的顶点构成一个区域，并且该区域内包含的顶点的个数大于等于给定阈值TN，则保留该顶点ρ ；若该顶点是在集合Jtl内无法归入任何一个区域的孤立顶点，则该顶点在二次筛选中被删除；若Jtl内与该顶点相连通的顶点构成一个区域，但该区域内包含的顶点的个数小于给定阈值τΝ，则该顶点P在二次筛选中被删除。
全文摘要
本发明公开了一种基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法，主要解决现有技术中仅能检测简单几何形状特征、检测尺度单一的问题。其实现步骤包括(1)确定对照组C和研究组S样本，配准各个零件，扫描得到三维图像；(2)用三角剖分法获取每个零件的三角网格以及顶点的坐标和测度值；(3)针对测度值进行十四点球面小波变换；(4)对小波系数进行双样本T一检验，筛选出顶点集合J0；(5)对J0进行二次筛选，得到形状差异顶点集合J；(6)针对集合J内顶点，计算描述形状差异的大小、位置和特征的向量。本发明具有尺度完善、精确可靠和抗噪能力强的优点，适用于两组具有不同属性的零件样本的组间外形缺陷筛查或甄别。
文档编号G01B11/24GK102506753SQ20111034336
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者刘汝翠, 吴宪祥, 孙伟, 朱娟娟, 郭宝龙, 闫允一 申请人:西安电子科技大学